JPH03200376A - 屋根設置型太陽電池及びその設置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、屋根設置型太陽電池に係り、一般住宅の既設
屋根に設置可能な太陽電池とその設置方法に関する。

（ロ）従来の技術 光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池
は、無尽蔵な太陽光を主たるエネルギー源としているた
めに、エネルギー資源の枯渇が問題となる中で脚光を浴
びている。こＯ太陽電池を家庭用電源として利用する場
合、通常の家庭の消費電力であれば、太陽電池の変換効
率が１０％とすると３０ｍ２の受光面積があれば良い。

この太陽電池の受光面積は、通常の住宅の屋根などで十
分可能な面積である。

そこで、特開昭６０−３１２５９号公報等に開示されて
いるように、瓦状の太陽電池装置が提案されている。こ
の瓦状の太陽電池装置は現存する屋根瓦に代わって敷設
するだけでよく、架台等の敷設設備を必要としない利点
を有している。

しかしながら、上述の瓦状の太陽電池装置は既設の屋根
に敷設しようとすると、既に敷設されている屋根瓦を取
り外した後、その後に、瓦状の太陽電池装置の敷設工事
を行わなくてはならない。

そのため、敷設工事に大変手間がかかり、既設の屋根に
は好ましいものとは言えなかった。

更に、太陽電池の基板として瓦状に曲がったガラス基板
を用いるため、その製造が困難であり、コストが高くな
ると共に、曲面形状のため、照射角度によって光起電力
が変動することは否めない。

一方、電力用に開発された平面型太陽電池パネルを屋根
上に設置する試みがなされている。この平面型太陽電池
パネルの従来の設置方法は、屋根材に直接ボルト等によ
り太陽電池パネルを固定するものであった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 瓦状の太陽電池装置は屋根瓦に代わって敷設するだけで
設置が可能であるが、前述したように、既設の屋根に設
置するには、手間も費用も嵩み好ましくない。

また、平面型太陽電池パネルは、瓦状の太陽電池に比し
て安価に製造できる利点を有する。前述したように、従
来のものでは、ボルト等で直接屋根材に固定して設置し
ている。

ところで、屋根に設置した太陽電池パネルの表面温度は
真夏晴天時には、約７０℃に上昇する。また、この時パ
ネルの下に位置する屋根の温度は約４０℃程度となる。

この温度上昇により、太陽電池パネルは膨張する。特に
、パネルを固定している枠体はアルミが一般に用いられ
ており、このアルミの線膨張率と太陽電池自体の線膨張
率および、屋根材の線膨張率とは相違するため、この部
材間で熱応力が発生し、アルミの枠体が歪んだり、屋根
部材が割れたりする可能性が高い。

しかも、住宅用の電源として用いるためには耐用年数と
しては１５年以上望まれており、上述した設置方法では
、耐久性にも問題がある。

本発明は上述した問題点を解消すべくなされたものにし
て、既設の屋根に容易に設置できると共に、屋根を破損
せず且つ耐久性に優れた屋根設置型太陽電池を提供する
ことをその課題とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明の屋根設置型太陽電池は、少な（とも一つの太陽
電池モジュールを枠体内に組込んだ太陽電池パネルがス
ペーサを介して屋根材上に移動自在に載置され、前記太
陽電池パネルの枠体と屋根の軒下部材とをワイヤを介し
て取着することを特徴とする。

また、屋根の軒下部材に形状記憶合金製の略し字状のク
ランプ部材を固定し、このクランプ部材と太陽電池パネ
ルの枠体とをワイヤを介して取着しても良い。

更に、本発明の設置方法は、屋根部材上に、太陽電池モ
ジュールが組込まれる枠体をスペーサを介して移動自在
に載置し、この枠体を屋根の軒下部材に取着した後、前
記枠体内に太陽電池モジュールを組込むことを特徴とす
る。

（ホ）作用 太陽電池パネルがスペーサを介して屋根材上に移動自在
に載置され、パネルの枠体と軒下部材との間をワイヤで
取着している。従って、真夏時等、太陽電池表面の温度
が上昇し、枠体が膨張しても、太陽電池パネルが屋根材
上を移動し枠体の膨張を吸収し、熱応力による歪等は発
生せず、耐久性が向上すると共に、屋根の破損が防止で
きる。

また、略し字状の形状記憶合金製クランプ部材の二辺の
角度が温度により変位し、温度変化による枠体並びにワ
イヤの膨張及び収縮を吸収する。

従って、温度変化に関係なく、枠体は常に適正な一定の
張力が付与された状態で取着できる。

また、地震等の震動も枠体、ワイヤ、屋根間で互いに逃
がすので、耐久性も向上する。

更に、本発明の設置方法によれば、枠体をまず屋根上に
組み、その後、太陽電池モジュールを組み込むので、そ
れぞれの部材の重量はあまり大きくならず、設置が容易
に行なえる。

（へ）実施例 以下１本発明の実施例を図面に従い説明する。

まず、本発明に用いられる太陽電池モジュールの一例を
第１１図に従い説明する。

（１）は強化ガラス等の透明性且つ絶縁性の材料からな
る基板、（２）（２）・・・は上記基板（１）の表面に
一定間隔で直接被着された光電変換領域である。上記光
電変換領域（２）（２，）・・・は、例えば基板（１）
側から、酸化スズ、酸化インジウムスズ等の透明導電膜
（３）’（３）・・・と、その内部に半導体接合を備え
たアモルファスシリコンからなる半導体膜（４）　　（
４°）・・・と、半導体膜（４）（４）・・・とオーミ
ック接触するアルミニウム等の裏面電極膜（５）（５）
・・・と、が順次積層されたミクロンオーダの膜状を呈
する。

各半導体１１！（４）（４）・・・は、その内部に例え
ば膜面に平行なＰＩＮ接合を形成すべく受光面側から厚
み５０〜２５０人程度のＰ型層、４０００〜７０００人
程度の■型（真性）層及び３００〜６００人程度のＮ型
層が順次積層被着され、従って基板（１）及び透明導電
膜（３）（３）・・・を透過して光入射があると、主に
Ｉ型層において自由状態の電子及び正孔が発生し、係る
電子及び正孔は上記各層が形成するＰＩＮ接合電界に引
かれて各透明導電膜（３）（３）・・・及び裏面電極膜
（５）（５）・・・に集電され、隣接する光電変換領域
（２）（２）・・・の透明導電膜（３）（３）・・・と
裏面電極膜（５）（５）・・・どの重畳により電気的に
相加された電力が取り出される。

（６）はアルミニウムなどからなる外枠、（７）は光電
変換領域（２）（２）・・・を被覆する樹脂層である。

次に１本発明の第１の実施例につき、図面を参照して説
明する。

第１図は本発明装置を既設の屋根に設置した状態を示す
斜視図、第２図は同要部斜視図、第３図は夫々異なる取
着態様を示す側面図である。第４図は軒下部材への取着
態様を示す斜視図、第５図は本発明に用いられる枠体の
一例を示す斜視図である。第６図は枠体へ太陽電池モジ
ュールを組込む態様を示し、第６図（イ）は分解斜視図
、第６図（ロ）及び第６図（ハ）は側面図である。第７
図は各モジュール間の電気的接続例を示す斜視図である
。

本実施例に用いられる枠体につき第５図に従い説明する
。

枠体（１１）はアルミニウムなどから形成され、内部に
モジュール固定用のワイヤ（１２）が必要数取着けられ
る。この枠体（１１）の底部には複数の固定脚（１３）
　　（１３）・・・が設けられており、この固定脚（１
３）の端部、即ち、屋根材と当接する位置に、フッソゴ
ム、木材等からなるスペーサ部材（１４）が設けられる
。

この枠体内（１１）の構造としては、第５図（イ）に示
すように、アルミニウムパイプ、ステンレスバイブを折
曲して形成したもの、また第５図（ロ）に示すように、
アルミニウムの板体により形成したものなどがある。

尚、この両者の実施例において、屋根材とモジュール間
の間隔は固定脚（１３）とスペーサ部材（１４）との双
方を合計した長さになる。

前述した枠体（１１）に第１１図に示した太陽電池モジ
ュール（１０）が少なくとも一つ組込まれる。枠体（１
１）に組込まれた太陽電池モジュール（ｌＯ）を屋根材
に載置すると、太陽電池モジュール（ｌＯ）と屋根材と
の間は、固定脚（１３）及びスペーサ（１４）との長さ
の分だけ空隙が生じる。この空隙により太陽電池モジュ
ール（１０）の放熱が行なえる。

本実施例においては、一つの枠体（１１）に９つのモジ
ュール（１０）が組込まれている。枠体（１１）とモジ
ュール（１０）との組込みは、例えば第６図に示すよう
に、各モジュール（１０）の外枠（６）にＺ型の設置金
具（１５）を取付け、枠体（１１）のワイヤ（１２）に
夫々設置金具（１５）を弓掛けて取着する。

各モジエール（１０）　　（１０）・・・間の電気的接
続は、第７図に示す如く、ワイヤ（１２）に電気線を巻
着するか、ワイヤ（Ｉ２）自体を導を線にし、この電気
線に圧着端子（１６）にて接続を行えば良い。このよう
にして、形成された太陽電池パネル（２０）を既設の屋
根の上にワイヤで固定する。太陽電池パネル（２０）の
屋根上の設置について、第１図ないし第４図に従い説明
する。

これらの図において、（２１）は既設住宅の屋根（２２
）は屋根瓦、　　（２３）はむな瓦である。

南側に面している屋根（２１）の屋根瓦（２２）（２２
）・・・上に太陽電池パネル（１０）がスペーサ（１３
）を介して移動自在に載置されている。この太陽電池パ
ネル（２０）の枠体（１１）と屋根（２１）の母屋、鼻
母屋、軒げた、合掌などの軒下部材（２４）とが複数本
のワイヤ（２５）・・・で連結し、取着される０本実施
例では、第４図に示すように、軒下の母屋（２４）にク
ランプ部材（２６）をボルト（２７）等により固定し、
このクランプ部材（２６）に枠体（１１）に取着された
ワイヤ（２５）をターンバックル（２８）を介して取着
している。

一方、屋根（２１）の傾斜方向は第２図及び第３図に示
すように、とい（３Ｄ）を越えて１軒下の垂木等に同様
にクランプ部材（２６）をボルト等で固定し、このクラ
ンプ部材（２６）と枠体（１１）に取着したワイヤ（２
５）とを連結し、両者を取着する。

尚、（３１）はクツション部材である。

また、太陽電池パネル（２０）の上方部の枠体（１１）
は第３図（ロ）に示すように、むな瓦（２３）上に固定
金具（３２）を設け、この固定金具（３２）にワイヤ（
２５）を介して取着するようにしても良い。

次に、第８図ないし第１０図に従い本発明の第２の実施
例につき説明する。

第８図は本発明装置に適用される形状記憶合金製のクラ
ンプ部材の形成方法の一例を示す側面図であり、第８図
（イ）は加熱時の逆変態開始温度でのクランプ部材の成
形状態、第８図（ロ）は冷却時の変態開始温度でのクラ
ンプ部材の曲げ加工を施した状態を夫々示す。

任意の形状を予め記憶させてお（と、低温相で変形を加
えても、加熱し高温相にすると変形前のもとの形状に戻
る形状記憶合金が知られている。

この形状記憶合金には、第１表に示すように、数多くの
種類が存在する。

（以下余白） 第１表 Ｍｓ：冷却時の変態開始温度 ＡＳ：加熱時の逆変態開始温度 これらの中で最も実用材料として優れているのがＴｉ−
Ｎｉ　ｆｎｉｔｉｎｏｌｌである。ＴｉとＮｉの組成変
化やＣｏ、　Ｆｅの置換により、変態温度を低温側の任
意の温度にもっていくことができる。引張り強さも２３
．９２ｋｇ／ｍｍ”と十分強い。

Ｔ１Ｎｉよりも安価で加工、製造の容易なＣｎ−Ｚｎ−
Ａ１合金も実用的な材料である。これもやはり組成をわ
ずかに変えるだけで、変態温度を一１０５〜３８０°Ｃ
に調節することができる。第１Ｏ図に組成比と変態温度
の関係を示す。

さて、本実施例では、例えばＴｉ−Ｎｉ　、　Ｃｕ−Ｚ
ｎ−Ａ１組成の形状記・重合金を用いてクランプ部材（
２６）を形成する。形状記憶合金はＡｓが３０℃、Ｍｓ
が５℃になるように組成が調整されている。

まず、本実施例におけるクランプ部材〔２６）は、板状
または棒状の形状記憶合金が用いられる。そして、この
形状記憶合金が３０℃以上の温度で、第８図（イ）に示
すように、略し字状に成形される。また、このとき、ク
ランプ部材（２６）の二辺（２６ａ　）　　（２６ｂ　
）間の角度は第８図（イ）の如く、大きく設定している
。

続いて、第８図（ロ）に示すように、５℃以下の温度で
クランプ部材（２６）を曲げ、二辺（２６ａ）（２６ｂ
　）間の角度を小さ（する。

第８図（ロ）に示す如く変形させた本実施例のクランプ
部材（２６）は、温度が上昇すると、第８図（イ）に示
す形状に復帰する。

次に、斯るクランプ部材（２６）と枠体（１１）との取
着態様を第９図に従い説明する。第９図（イ）は夏の時
の取着態様を示す斜視図、第９図（ロ）は冬の時の取着
態様を示す斜視図である。

上述した本実施例のクランプ部材（２６）を第９図に示
すように１軒下の母屋（２４）にボルト（２７）等によ
り固定する。そして、このクランプ部材（２６）に枠体
（１１）に取着されたワイヤ（２５）をターンバックル
（２８）を介して一定の弓長力を付与して取着する。

而して、夏の時には温度が上昇し、枠体（１１）並びに
ワイヤ（２５）等が熱膨張するが、クランプ部材（２６
）は第９図（イ）に示すように、二辺（２６ａ　）　　
（２６ｂ　）間の角度が大きくなる。従って、枠体（１
１）並びにワイヤ（２５）の膨張はクランプ部材（２６
）の変位で吸収され、枠体（１１）等は適正な張力で取
着された状態が維持される。

一方、冬の時には温度が下がり、枠体（１１）並びにワ
イヤ（２５）等が収縮するが、クランプ部材（２６）は
第９図（ロ）に示すように、二辺（２６ａ　）　　（２
６ｂ　）間の角度が小さくなる。従って、枠体（１１）
並びにワイヤ（２５）の収縮はクランプ部材（２６）の
変位で吸収され、枠体（１１）等は適正な張力で取着さ
れた状態が維持される。

さて、第１２図は、太陽電池の日射量と温度の時刻によ
る変化を示した図である。この第１２図から分るように
、真夏の晴天時、太陽電池表面は７０℃にも上昇する。

一方、屋根瓦（２２）表面は４０℃程度に上昇する。こ
の温度上昇により、各部材、即ち太陽電池モジエール（
ｌＯ）のガラス基鈑（１）　　枠体（１１）のアルミニ
ウム、屋根瓦（２２）として、例えばスレート瓦の夫々
の有する線膨張係数の違い及び温度の違いに応じて熱膨
張の量が相違する。例えば、ｌｏｍの長手方向に対して
、０℃の時に比べて、ガラス７ｍｍ　、アルミニウム１
６ｍｍ、スレート瓦は（全体として考えた場合）４ｍｍ
程度伸びる。

ここで各線膨張率αは、 α（アルミニウム）　＝　２３Ｘ　１（１−’　（１／
℃）α（ガラス）　　　　＝ｌｏｘ　１０−’　（１／
℃）α　（スレート）　　　　＝　１０ｘ　１０−’　
（１／℃）として計算した。

前述したように、アルミの枠体（１１）とスレート瓦の
屋根とは１２ａｍ程度の差が生じる。従って、枠体（１
１）と屋根瓦（２２）とを直接固定すると、屋根瓦（２
２）にずれが生じたり、両者間に熱応力が発生する。そ
のため、枠体（１１）に歪が発生したり、屋根瓦（２２
）が破損するおそれなどがあり、耐久性も良くない。し
かし、本発明においては、屋根瓦（２２）と太陽電池パ
ネル（２０）は移動自在に載置されているので、枠体（
１１）が延びても屋根瓦（２２）に対して応力がかかる
ことはなく、屋根瓦（２２）が破損するおそれはない。

一方、枠体（１１）と屋根（２１）とはワイヤ（２５）
を介して取着しているので、ワイヤ（２５）の線膨張率
もアルミニウムの枠体（１１）と極めて近い値のため、
このワイヤ（２５）も延びて枠体（１１）の膨張は吸収
される。しかも、ワイヤ（２５）の取着は、太陽電池パ
ネル（２０）が台風、地震等の際に落下しないように取
着するものである。そのため、ワイヤ（２５）による取
着はボルトで直接屋根に固定するのに比して、ある程度
自由度を有する。従って、枠体（１１）の熱膨張による
延びは十分に吸収可能であり、枠体（１１）に熱応力が
かかることはなくなり、歪など発生せず耐久性に優れる
。また、太陽電池モジュール（ｌＯ）と枠体（１１）の
取着は前述したように、枠体（１１）に設けたワイヤに
架設するように、この両者間においても、ある程度自由
度を持たせておければ、ガラスと枠体との延びの差は、
両者の取着部分で吸収が可能となり、熱応力等による劣
化が防止できる。

更に、前述したように、ある程度自由度を有して太陽電
池パネル（２０）が屋根〔２１〕上に設置されているた
め、地震等の震動も互いに逃がすので、耐久性が向上す
る。

次に、太陽電池パネル（２０）の重量について考えてみ
る。太陽電池モジュール（１０）自体は１４ｋｇ／ｍ２
であり、枠体（１１）は６ｋｇ／ｍ２以内である。従っ
て、家庭用電源として使用する場合、前述のように受光
面積３０ｍ”必要であるので、全重量は４２０ｋｇ以上
６００ｋｇ以内になる。このように、住宅用の屋根設置
型太陽電池装置は極めて重量が大きくなる。また、大き
さもｌ１０Ｘ３と大きなものになり、これを完成した状
態で屋根上に設置するとすると、クレーン等大がかりな
装置が必要となる。

そこで、本発明の設置方法は、極めて簡単に屋根上に屋
根設置型太陽電池を設置する方法を提案するものである
。即ち、まず枠体（１１）のみ、屋根上（２１）の屋根
瓦（２２）上にスペーサ（１４）を介して移動自在に載
置する。そして、この枠体（１１）の設置についても、
必要に応じて分割した部材を屋根上に運び、屋根の上で
組立てるようにしてもよい。枠体（１１）自体の重量は
比較的軽量であるので、簡単に屋根（２１）の上に運び
上げることができ１人手以外特別な機材は必要としない
。

次に、第２図に示すように、屋根（２１）上に載置され
た枠体（１１）を軒下部材（２４）にワイヤ（２５）を
介して連結し、両者を取着する。この軒下部材（２４）
との取着は第４図または第９図に示すように１例λばク
ランプ部材（２６）を予め垂木、母屋等に固着し、この
クランプ部材（２６）とワイヤ（２５）とをターンバッ
クル（２８）を用いて取着すれば良い。

続いて、太陽電池モジュール（ｌＯ）を−個づつ屋根（
２１）上に運び、枠体（１１）のワイヤ等に架設して順
次取り着け、互いの電気的接続を行って、設置が完了す
る。

このように、本発明の設置方法によれば、特別な機材等
を全く必要ヒせず、極めて簡単に屋根の上に太陽電池装
置を設置することができる。

尚、上述した本発明の実施例においては、複数の太陽電
池モジュールを組込んだ装置について説明したが、−個
の太陽電池モジュールで所望の出力が得られる場合には
、−個で構成できることは言うまでもない。

更に、本実施例においては、太陽電池モジュールの外枠
とは別に枠体を用いたが、この外枠を枠体に兼用するこ
ともできる。

（ト）発明の詳細 な説明したように、本発明は、太陽電池パネルがスペー
サを介して屋根材上に移動自在に載置され、本体の枠体
と軒下部材との間をワイヤで取着しているので、真夏時
等、太陽電池表面の温度が上昇し、枠体が膨張しても、
太陽電池パネルが屋根材上を移動し枠体の膨張を吸収し
、熱応力による歪等は発生せず、耐久性が向上すると共
に、屋根の破損が防止できる。

更に、略し字状の形状記憶合金製クランプ部材を用いる
と、二辺の角度が温度により変位し、温度変化による枠
体並びにワイヤの膨張及び収縮が吸収されるので、温度
変化に関係なく、枠体は常に適正な一定の張力が付与さ
れた状態で取着できる。

また、地震等の震動も枠体、ワイヤ、屋根間で互いに逃
がすので、耐久性も向上する。

更に、本発明の設置方法によれば、枠体をまず屋根上に
組み、その後、太陽電池モジュールを組み込むので、そ
れぞれの部材の重量はあまり太き（ならず、特別な機材
も必要な（設置が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を既設の屋根に設置した状態を示す
斜視図、第２図は同要部斜視図、第３図は夫々異なる取
着態様を示す側面図である。第４図は軒下部材への取着
態様を示す斜視図、第５図は本発明に用いられる枠体の
一例を示す斜視図である。第６図は枠体へ太陽電池モジ
ュールを組込む態様を示し、第６図（イ）は分解斜視図
、第６図（ロ）及び第６図（ハ）は側面図である。 第７図は各モジュール間の電気的接続例を示す斜視図で
ある。 第８図は本発明装置に適用されるクランプ部材の形成方
法の一例を示す側面図、第９図は第８図のクランプ部材
を用いた軒下部材への取着態様を示す斜視図である。 第１０図は形状記憶合金（Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ　）の組成
比と変態温度との関係を示す特製図である。 第１１図は太陽電池モジュールを示す断面図、第１２図
は太陽電池の日射量と温度の時刻の変化を示す図である
。 １０・・・太陽電池モジュール、１１・・・枠体、１３
・・・固定脚、１４・・・スペーサ、２０・・・太陽電
池パネル、２１・・・屋根、２２・・・屋根瓦、２３・
・・むな瓦、２４・・・軒下部材、２５・・・ワイヤ、
２６・・・クランプ部材。 第 ４ 図 第 図 （イ） （ロ） 第 ス （イ） （ロ） （４） 第 図 （Ｔ：１） 第１０ 図 ｄυ 第 図 ６口） 第 １１図 第１２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一つの太陽電池モジュールを枠体内に
   組込んだ太陽電池パネルがスペーサを介して屋根材上に
   移動自在に載置され、前記枠体と屋根の軒下部材とをワ
   イヤを介して取着することを特徴とする屋根設置型太陽
   電池。
2. （２）前記スペーサは前記枠体に固定されていることを
   特徴とする請求項第１に記載の屋根設置型太陽電池。
3. （３）前記屋根の軒下部材にクランプ部材が固着され、
   このクランプ部材にワイヤを介して前記枠体が取着され
   ることを特徴とする請求項第１に記載の屋根設置型太陽
   電池。
4. （４）前記クランプ部材は形状記憶合金で略Ｌ字状に形
   成されると共に、低温時より高温時に前記クランプ部材
   の二辺の角度が大きくなるように構成され、前記枠体並
   びにワイヤの温度変化による膨張及び収縮を前記クラン
   プ部材の変形で吸収し、前記枠体を一定の張力を付与し
   てワイヤで取着することを特徴とする請求項第３に記載
   の屋根設置型太陽電池。
5. （５）屋根材上に、太陽電池モジュールが組込まれる枠
   体をスペーサを介して移動自在に載置し、この枠体を屋
   根の軒下部材に取着した後、前記枠体内に太陽電池モジ
   ュールを組込むことを特徴とする屋根設置型太陽電池の
   設置方法。